高考物理大一轮总复习 专题精讲 实验二 探究弹力和弹簧伸长的关系课件

实验二实验二 探究弹力和弹簧伸长的关系探究弹力和弹簧伸长的关系01主干回顾固基础【实验目的】1探究弹力和弹簧伸长量的关系2学会利用图象法处理实验数据，探究物理规律【实验原理】1如图所示，弹簧在下端悬挂钩码时会伸长，平衡时弹簧产生的弹力与所挂钩码的重力大小相等2用刻度尺测出弹簧在不同钩码拉力下的伸长量x，建立直角坐标系，以纵坐标表示弹力大小F，以横坐标表示弹簧的伸长量x，在坐标系中描出实验所测得的各组(x、F)对应的点，用平滑的曲线连接起来，根据实验所得的图线，就可探知弹力大小与伸长量间的关系【实验器材】铁架台、弹簧、毫米刻度尺、钩码若干、三角板、坐标纸、重垂线【实验步骤】1仪器的安装如图所示，将铁架台放在桌面上(固定好)，将弹簧的一端固定于铁架台的横梁上，在靠近弹簧处将刻度尺(最小分度为1 mm)固定于铁架台上，并用重垂线检查刻度尺是否竖直2操作与记录(1)记下弹簧下端不挂钩码时所对应的刻度L0.(2)在弹簧下端挂上一个钩码，待钩码静止后，记下弹簧下端所对应的刻度L1.(3)用上面方法，记下弹簧下端挂2个、3个、4个钩码时，弹簧下端所对应的刻度L2、L3、L4、，并将所得数据记录在表格中.钩码个数钩码个数长度长度伸长量伸长量x钩码质量钩码质量m弹力弹力F0L01L1x1L1L0m1F12L2x2L2L0m2F23L3x3L3L0m3F3 3数据处理及分析(1)用xnLnL0计算出弹簧挂1个、2个、3个钩码时弹簧的伸长量，并根据当地重力加速度值，计算出所挂钩码的总重力，这个总重力就等于弹簧弹力的大小，将所得数据填入表格(2)根据所测数据在坐标纸上描点，最好以弹簧弹力为纵坐标，以弹簧的伸长量为横坐标(3)按照图中各点的分布与走向，尝试作出一条平滑的曲线(包括直线)所画的点不一定正好都在这条曲线上，但要注意使曲线两侧的点数大致相同(4)以弹簧的伸长量为自变量，写出曲线所代表的函数，首先尝试一次函数，如果不行则考虑二次函数得出弹力和弹簧伸长量之间的定量关系，解释函数表达式中常数的物理意义【误差分析】1本实验的误差来源之一是由弹簧拉力大小的不稳定造成的，因此，使弹簧的悬挂端固定，另一端通过悬挂钩码来充当对弹簧的拉力，可以提高实验的准确度2弹簧长度的测量是本实验的主要误差来源，所以，应尽量精确地测量弹簧的长度3在Fx图象上描点、作图不准确【注意事项】1每次增减钩码测量有关长度时，均需保证弹簧及钩码不上下振动而处于静止状态，否则，弹簧弹力将可能与钩码重力不相等2弹簧下端增加钩码时，注意不要超过弹簧的限度3测量有关长度时，应区别弹簧原长L0、实际总长L及伸长量x三者之间的不同，明确三者之间的关系 4建立平面直角坐标系时，两轴上单位长度所代表的量值要适当，不可过大，也不可过小 5描线的原则是，尽量使各点落在描出的线上，少数点分布于线两侧，描出的线不应是折线，而应是平滑的曲线 6记录数据时要注意弹力及弹簧伸长量的对应关系及单位 7坐标轴的标度要适中02典例突破知规律考点1对实验注意事项的考查 典例透析(1)(多选)在“探究弹力与弹簧伸长量的关系”的实验中，以下说法正确的是()A. 弹簧被拉伸时，不能超出它的弹性限度B. 用悬挂钩码的方法给弹簧施加拉力，应保证弹簧位于竖直位置且处于平衡状态C. 用直尺测得弹簧的长度即为弹簧的伸长量D. 用几个不同的弹簧，分别测出几组拉力与伸长量，得出拉力与伸长量之比相等 (2)某同学做“探究弹力与弹簧伸长量的关系”的实验，他先把弹簧平放在桌面上使其自然伸长，用直尺测出弹簧的原长L 0，再把弹簧竖直悬挂起来，挂上钩码后测出弹簧伸长后的长度L，把LL0作为弹簧的伸长量x，这样操作，由于弹簧自身重力的影响，最后画出的图线可能是图中的()尝试解答(1)AB (2)C(1)实验中应以所研究的一根弹簧为实验对象，在弹性限度内通过增减钩码的数目来改变对弹簧的拉力，以探索弹力与弹簧伸长量的关系，并且拉力和重力平衡，所以选A、B.(2)由于考虑弹簧自身重力的影响，当不挂钩码时，弹簧的伸长量x0，所以选C.变式训练(多选)在该实验中关于操作步骤“测量弹簧原长和竖直悬挂弹簧”的先后顺序，下列说法正确的是()A先测量原长，后竖直悬挂B先竖直悬挂，后测量原长C先后顺序对实验结果无影响D先后顺序对实验结果的影响程度取决于弹簧的自重解析：测量时由于所用弹簧不可避免受自身重力的影响，所以必须是先挂弹簧后测原长故B、D正确答案：BD考点2实验数据的处理 典例透析2012广东高考某同学探究弹力与弹簧伸长量的关系(1)将弹簧悬挂在铁架台上，将刻度尺固定在弹簧一侧弹簧轴线和刻度尺都应在_方向(填“水平”或“竖直”)(2)弹簧自然悬挂，待弹簧_时，长度记为L0；弹簧下端挂上砝码盘时，长度记为Lx；在砝码盘中每次增加10 g砝码，弹簧长度依次记为L1至L6，数据如下表：代表符号代表符号L0LxL1L2L3L4L5L6数值数值(cm) 25.35 27.35 29.35 31.30 33.4 35.35 37.40 39.30 表中有一个数值记录不规范，代表符号为_由表可知所用刻度尺的最小分度为_ (3)下图是该同学根据表中数据作的图，纵轴是砝码的质量，横轴是弹簧长度与_的差值(填“L0”或“Lx”)(4)由图可知弹簧的劲度系数为_N/m；通过图和表可知砝码盘的质量为_g(结果保留两位有效数字，重力加速度取9.8 m/s2)尝试解答 (1)竖直 (2)静止 L3 mm (3)Lx (4)4.9 10(1)本实验是利用重力与弹力平衡获取若干数据，再利用图象处理数据得到劲度系数的测量时，弹簧及刻度尺都要保持在竖直状态；(2)读数时，要等弹簧静止时才能读取；由记录的值可知，刻度尺的最小分度为0.1 cm，但最小分度后还要估读一位，故记录L3是不符合规范的； 变式训练 某实验小组研究橡皮筋伸长与所受拉力的关系实验时，将原长约200 mm的橡皮筋上端固定，在竖直悬挂的橡皮筋下端逐一增挂钩码(质量均为20 g)，每增挂一只钩码均记下对应的橡皮筋伸长量；当挂上10只钩码后，再逐一把钩码取下，每取下一只钩码，也记下对应的橡皮筋伸长量根据测量数据，作出增挂钩码和减挂钩码时的橡皮筋伸长量l与拉力F关系的图象如图所示从图象中可以得出_(填选项前的字母) A. 增挂钩码时l与F成正比，而减挂钩码时l与F不成正比 B. 当所挂钩码数相同时，增挂钩码时橡皮筋的伸长量比减挂钩码时的大 C. 当所挂钩码数相同时，增挂钩码时橡皮筋的伸长量与减挂钩码时的相等 D. 增挂钩码时所挂钩码数过多，导致橡皮筋超出弹性限度解析：根据题中图象可以看出，当所挂钩码个数相等时，增挂钩码时橡皮筋的伸长量比减挂钩码时橡皮筋的伸长量要小，这说明增挂钩码时所挂钩码个数较多，导致橡皮筋超出弹性限度，减挂钩码时未恢复原长所致答案：D考点3实验原理的迁移与误差分析 典例透析在“探究弹簧弹力大小与伸长量的关系”实验中，甲、乙两位同学选用不同的橡皮绳代替弹簧，为测量橡皮绳的劲度系数，他们在橡皮绳下面依次逐个挂上钩码(每个钩码的质量均为m0.1 kg，取g10 m/s2)，并记录绳下端的坐标x加i(下标i表示挂在绳下端钩码个数)然后逐个拿下钩码，同样记录绳下端的坐标x减i，绳下端坐标的平均值xi(x加ix减i)/2的数据如表：挂在橡皮绳下端挂在橡皮绳下端的钩码个数的钩码个数橡皮绳下端的坐标橡皮绳下端的坐标(xi/mm)甲甲乙乙1 216.5 216.5 2 246.7 232 3 284.0 246.5 4 335.0 264.2 5 394.5 281.3 6 462.0 301.0(1)同一橡皮绳的x加i_x减i(大于或小于)；(2)_同学的数据更符合实验要求(甲或乙)；(3)选择一组数据用作图法得出该橡皮绳的劲度系数k(N/m)；(4)为了更好的测量劲度系数，在选用钩码时需考虑的因素有哪些？尝试解答(1)小于(2)乙_(3)见解析(4)见解析(1)橡皮绳经过拉伸后并不能完全恢复原长，所以挂同样多钩码时有x加ix减i.(2)甲同学每加一个钩码，橡皮绳的形变量变化很大而乙同学每加一个钩码，橡皮绳的形变量基本保持不变，故乙同学的数据更符合实验要求(3)由所给数据得改变量如下表所示挂在橡皮绳下端的钩码个数挂在橡皮绳下端的钩码个数改变量改变量(xix1)/mm甲甲乙乙12 30.2 15.5 3 67.5 30.0 4 118.547.7 5 178.064.8 6 245.584.5 取乙同学的数据作图，如图由图可得：k5770 N/m.(4)选用钩码的质量不能过大，否则很容易超出橡皮绳的弹性限度，质量也不能过小，否则橡皮绳的形变量很小，测量误差大 变式训练 用金属制成的线材(如钢丝、钢筋)受到拉力会伸长，17世纪英国物理学家胡克发现，金属丝或金属杆在弹性限度内的伸长与拉力成正比，这就是著名的胡克定律这个发现为后人对材料的研究奠定了重要的基础现有一根用新材料制成的金属杆，长为4 m，横截面积为0.8 cm2，设计要求它受到拉力后的伸长不超过原长的1/1000，由于这一拉力很大，杆又较长，直接测试有困难，就选用同种材料制成样品进行测试，通过测试取得如下数据：长度长度L/m拉力拉力F/N伸长量伸长量x/cm横截面横截面积积S/cm2250500750100010.050.040.080.120.1620.050.080.160.240.3230.050.120.240.360.4810.100.020.040.060.0810.200.010.020.030.04 (1)根据测试结果，推导出线材伸长量x与金属杆的长度L、横截面积S及拉力F的函数关系为_ (2)在寻找上述关系时，你运用了哪种科学研究方法？ (3)通过对样品的测试，求出新材料制成的金属杆能承受的最大拉力约为_(2)本实验在研究F、L、S与x关系的过程中总有两个物理量保持不变，从而得到另外两个量之间的关系，即采用的研究方法为控制变量法